Шаблон 2018-1. И. О. Фамилия Термодинамическое исследование химического процесса
 Скачать 91.2 Kb.
|
1.2. Получение метанаСпособы получения метана: Мета́н (лат. Methanum) – простейший углеводород, бесцветный газ (в нормальных условиях) без запаха[3], химическая формула — CH4. Малорастворим в воде, легче воздуха. При использовании в быту, промышленности в метан обычно добавляют одоранты (обычно тиолы) со специфическим «запахом газа». Метан нетоксичен и неопасен для здоровья человека. Нахождение в природе. Основной компонент природного газа (77–99 %), попутных нефтяных газов (31–90 %), рудничного и болотного газов (отсюда произошли другие названия метана — болотный или рудничный газ). В анаэробных условиях (в болотах, переувлажнённых почвах, кишечнике жвачных животных) образуется биогенно в результате жизнедеятельности некоторых микроорганизмов. Образуется при коксовании каменного угля, гидрировании угля, гидрогенолизе углеводородов в реакциях каталитического риформинга. Получение. В лаборатории получают нагреванием натронной извести (смесь гидроксидов натрия и кальция) или безводногогидроксида натрия с ледяной уксусной кислотой. Так же в лаборатории метан можно получить методом гидрирования метилового спирта CH3OH+H2→CH4+H2O. 2 Основная часть | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Вещество | η, моль | ΔH0298, кДж/ моль | S0298, Дж/ моль∙К | ΔСр, Дж/моль∙К | Темпера- турный диапазон | |||
| а0 | Δа1·103 | Δа2·106 | Δа-2·10-5 | |||||
| H2O | 1 | –241,81 | 188,72 | 90,00 | 10,71 | – | 0,33 | 298-2500 |
| CH4 | 1 | –74,85 | 186,27 | 14,32 | 74,66 | –17,43 | – | 298-1500 |
| H2 | 1 | 0 | 130,52 | 27,28 | 3,26 | – | 0,55 | 298-3000 |
| CH3OH | 1 | –201,00 | 239,76 | 15,28 | 105,20 | –31,04 | – | 298-1000 |
| Δ | 0 | –115,65 | 4,71 | 61,76 | –23,09 | 13,61 | –0,22 | 298-1000 |
ΔH0х.р. = (ΔH0298 (H2O) + ΔH0298 (CH4)) – (ΔH0298 (H2) + ΔH0298 (CH3OH))
ΔH0х.р. = –115,65 кДж/моль
ΔS0х.р. = (S 0298 (H2O) + S 0298 (CH4)) – (S0298 (H2) + S0298 (CH3OH))
ΔS0х.р. = 4,71 кДж/моль·K
Δа0 = (а0 (H2O) + а0 (CH4)) – (а0 (H2) + а0 (CH3OH))
Δа0 = 61,76
Δа1·103 = (а1 (H2O) + а1 (CH4)) – (а1 (H2) + а1 (CH3OH))
Δа1·103 = –23,09
Δа1= –23,09·10-3
Δа2 = (а2 (H2O) + а2 (CH4)) – (а2 (H2) + а2 (CH3OH))
Δа2 ·106 = 13,61
Δа2 = 13,61 ·10-6
Δа-2 = (а-2 (H2O) + а-2 (CH4)) – (а-2 (H2) + а-2 (CH3OH))
Δа-2 ·10-5 = 61,76
Δа-2 = 61,76 ·105
Согласно табличным данным, изучаемый химический процесс исследуем в температурном диапазоне от 298 до 1000 К.
ΔG0х.р.= ΔH0х.р. – T· ΔS0х.р.
ΔG0х.р.= –115650 – 298· 4,71= –117053,58 Дж/моль = –117,054 кДж/моль
Проверка ΔG0х.р по справочным данным
ΔG0х.р. = (ΔG0298 (H2O) + ΔG0298 (CH4)) – (ΔG0298 (H2) + ΔG0298 (CH3OH))
ΔG0х.р. = (–228,61–50,85) +(0–162,38) = –117,08 кДж/моль
ΔG0х.р < 0, реакция самопроизвольно протекает в прямом направлении
ΔG0х.р > 0, реакция самопроизвольно протекает в обратном направлении
(подчеркнуть и оставить свой вариант)
Определяем температуру, при которой устанавливается химическое равновесие:
Травн = ΔH0х.р. / ΔS0х.р. = –115650/ 4,71 = – 24554 К
Таким образом, при температуре – 24554 К химический процесс находится в равновесии, при понижении температуры равновесие будем смещаться в сторону образования исходных веществ.
Из уравнения стандартного химического сродства
–ΔG0 = RTlnKp
при стандартных условиях (P =1 атм. = 1,01·105 Па; Т = 298 К) определяем константу химического равновесия:
lnKp = – ΔG0 / (RT) = 117054/(8,314·298) = 47,25
Kp = е 47,25 = 2,7 47,25 = 2,4 · 1020 .
Таким образом, Kp >> 1, следовательно, химический процесс в исследуемом температурном интервале протекает в прямом направлении.
Находим изменение внутренней энергии
ΔH0 = ΔU0 + ΔnRT
Δn = (1+1) –(1+1) = 0
ΔU0 = ΔH0 + ΔnRT = –117,054 кДж/моль.
Т.к. ΔH0 = ΔU0 – реакция проходит без тепловых потерь.
ΔH<0, ΔS>0 – Реакция идет до конца, необратима, то всегда ΔG < 0. Реакция возможна при любой температуре
ΔH>0, ΔS<0 – Реакция невозможна, ΔG > 0
ΔH>0, ΔS>0 – Реакция возможна при высоких температурах. ΔG > 0 или ΔG < 0
ΔH<0, ΔS<0 – Реакция возможна при низких температурах. ΔG > 0 или ΔG < 0
(подчеркнуть и оставить свой вариант)